stringtranslate.com

Поведенческая пластичность

Поведенческая пластичность относится к изменению поведения организма в результате воздействия раздражителей, таких как изменение условий окружающей среды. [1] Поведение может меняться быстрее в ответ на изменения внутренних или внешних раздражителей, чем большинство морфологических признаков и многих физиологических особенностей. В результате, когда организмы сталкиваются с новыми условиями, поведенческие изменения часто происходят раньше физиологических или морфологических изменений. Например, личинки амфибий изменили свое антихищническое поведение в течение часа после изменения сигналов хищников, но морфологические изменения формы тела и хвоста в ответ на те же сигналы потребовали недели. [2]

Фон

Этологи уже много лет изучают способы изменения поведения в ответ на изменения внешних раздражителей или изменения внутреннего состояния организма. [3] В параллельной литературе психологи, изучающие обучение и познание, потратили годы на документирование множества способов, которыми опыт прошлого может влиять на поведение человека, которое он выражает в настоящее время. [4] Интерес к поведенческой пластичности приобрел известность совсем недавно как пример типа фенотипической пластичности , имеющей серьезные последствия для эволюционной биологии. [5] [6]

Типы

Поведенческую пластичность можно разделить на два типа: экзогенную и эндогенную. [7] Экзогенная пластичность относится к изменениям в поведенческом фенотипе (т. е. наблюдаемом поведении), вызванном внешним стимулом, опытом или окружающей средой. Эндогенная пластичность включает в себя пластические реакции, возникающие в результате изменений внутренних сигналов, таких как генотип , циркадные ритмы и менструация .

Эти две широкие категории можно далее разбить на две другие важные классификации. Когда внешний стимул вызывает или «активирует» немедленную реакцию (немедленное воздействие на поведение), организм демонстрирует контекстуальную пластичность. [6] [7] Эта форма пластичности подчеркивает концепцию, согласно которой внешние стимулы в данном контексте активируют нервные и гормональные механизмы или пути, которые уже существуют внутри организма. [6] Напротив, если текущее поведение организма изменено прошлым опытом, то говорят, что животное демонстрирует развивающуюся или «врожденную» поведенческую пластичность. [8] Обычно считается, что эта форма пластичности требует формирования новых нейронных путей.

Поведенческая пластичность развития соответствует широко используемому определению пластичности: один генотип может выражать более одного поведенческого фенотипа в результате разных путей развития, вызванных различиями в прошлом опыте. Таким образом, пластичность развития включает в себя то, что называется « обучением ». Однако пластичность развития также включает в себя изменения в морфологии и физиологии развития , связанные с конкретным поведением, такие как изменения в мышцах, конечностях или костях, которые влияют на поиск пищи или передвижение на протяжении всей жизни организма. [6]

Основное различие между пластичностью развития и контекстуальной пластичностью заключается во внутреннем компромиссе между временем интерпретации стимула и проявлением поведения. Контекстуальная пластичность — это почти немедленная реакция на окружающую среду. Лежащие в основе гормональные сети/нейронные пути уже присутствуют, поэтому остается только их активировать. Напротив, пластичность развития требует внутренних изменений в гормональных сетях и нейронных путях. В результате пластичность развития часто, хотя и не всегда, является более медленным процессом, чем пластичность контекста. Например, привыкание — это тип обучения (пластичность развития), который может произойти в течение короткого периода времени. Одним из преимуществ пластичности поведения, возникающей в течение длительного периода времени, является то, что такие изменения могут происходить одновременно с изменениями морфологических и физиологических особенностей. В таких случаях один и тот же набор внешних или внутренних стимулов может привести к скоординированным изменениям набора поведенческих, морфологических и физиологических признаков.

Примеры

Контекстуальную пластичность обычно изучают, предъявляя одному и тому же человеку различные внешние стимулы и затем записывая его реакцию на каждый стимул. Например, муравьи могут быстро менять скорость бега в ответ на изменения внешней температуры. [9] Другой пример контекстуальной пластичности возникает, когда птицы меняют свои вокализации в ответ на изменения высоты или интенсивности фонового шума. Контекстуальная пластичность играет важную роль в исследованиях предпочтений партнера , в которых каждый субъект подвергается воздействию сигналов от разных партнеров, и его реакция на каждый сигнал оценивается количественно. В этом случае предполагается, что более сильная привлекательная реакция на конкретный сигнал отражает предпочтение партнеров с этим сигналом.

Пластичность развития включает в себя множество способов, которыми опыт прошлого организма может повлиять на его нынешнее поведение. Таким образом, пластичность развития включает в себя обучение, акклиматизацию и любую ситуацию, в которой условия окружающей среды в раннем возрасте влияют на поведение, выраженное в более позднем возрасте (также называемое онтогенетической пластичностью. [7] Поскольку данный индивидуум может быть воспитан только в одном наборе условий, онтогенетическая пластичность изучается путем разделения подобранных особей на две или более группы, а затем выращивания каждой группы в различных условиях. Например, этот экспериментальный план использовался, чтобы продемонстрировать, что плотность выращивания личинок моли влияет на сигналы ухаживания, которые они производят. [10] Эндогенная пластичность включает циркадные ритмы , циркадные ритмы и возрастные изменения в поведении. Хороший пример эндогенной пластичности наблюдается у рыбок данио ( Danio rerio ) , которые проявляют циркадные ритмы в своей реакции на свет. они поддерживаются в условиях постоянной темноты, рыбы гораздо более чувствительны к изменениям света (т.е. более высокая контекстуальная пластичность) в течение субъективного дня, чем в течение субъективной ночи. [11] Другой пример касается изменений в поведении человека и гормональном профиле во время половой зрелости ; такие изменения представляют собой изменения в физиологии, произошедшие месяцами или годами ранее в жизни. [6]

Потенциальная и реализованная пластичность

При рассмотрении поведенческой пластичности полезно различать потенциальную и реализованную пластичность. Потенциальная пластичность относится к способности данного фенотипического признака изменяться в ответ на изменения в стимулах, опыте или условиях окружающей среды. Таким образом, потенциальная пластичность — это теоретический диапазон поведенческой пластичности, который можно выразить. Это значение никогда точно не известно, но оно скорее служит базовым уровнем в моделях пластичности. Реализованная пластичность, с другой стороны, относится к степени, в которой данный фенотип фактически меняется в ответ на изменения конкретного стимула, опыта или условий окружающей среды.

Индивидуальные различия в поведенческой пластичности

Недавние исследования на животных документально подтвердили индивидуальные различия практически во всех типах поведенческой пластичности, описанных выше. [7] Кроме того, поведенческая пластичность сама по себе может быть пластичной с точки зрения развития: индивидуальные различия в типе пластичности, выраженной в данном возрасте, могут зависеть от условий, которым испытуемые подвергались в более раннем возрасте. Например, у многих видов социальные сигналы в юношеском периоде влияют на контекстуальную пластичность ответов на сигналы потенциальных партнеров во взрослом возрасте. [12] Как и в случае со многими другими типами пластичности, исследователи, изучающие развитие индивидуальных различий в поведенческой пластичности, обнаружили, что гены, предыдущий опыт и взаимодействие между этими факторами способствуют индивидуальным различиям в поведенческой пластичности, которые выражаются в данный момент. возраст или этап жизни. Другой вопрос, который в настоящее время вызывает интерес у исследователей поведения как животных, так и человека, заключается в том, коррелируют ли между собой различные типы поведенческой пластичности у разных особей: т. е. являются ли некоторые особи в целом более пластичными, чем другие. Хотя есть некоторые свидетельства того, что определенные типы когнитивных черт имеют тенденцию положительно коррелировать друг с другом у разных людей (см. фактор g у людей), в настоящее время имеется мало свидетельств того, что другие типы пластичности (например, контекстуальная пластичность и онтогенетическая пластичность) коррелируют друг с другом у людей или генотипов человека или животных.

Эволюционные причины и последствия

Поведенческая пластичность может оказать серьезное влияние на эволюционную приспособленность человека. Как пластичность развития, так и контекстуальная пластичность влияют на приспособленность животного в новой среде, увеличивая вероятность того, что животное выживет в этой среде. Пластичность развития особенно важна с точки зрения выживания в новых средах, поскольку процессы проб и ошибок, такие как обучение (которые включают в себя как выборку фенотипа, так и обратную связь с окружающей средой), способны немедленно сдвинуть всю популяцию близко к новой адаптивной норме. Таким образом, способность проявлять некоторый уровень поведенческой пластичности может быть очень выгодной. В меняющейся среде животные, способные изменить свою реакцию на различия в стимулах, будут иметь преимущество перед животными, имеющими жесткий фенотип. Однако это было бы так только в том случае, если бы затраты на поддержание способности изменять фенотип были ниже, чем польза, получаемая индивидуумом.

Рекомендации

  1. ^ Биндер, доктор медицинских наук, Хирокава Н., Виндхорст У., ред. (2009). «Поведенческая пластичность». Энциклопедия нейробиологии . Берлин: Шпрингер. п. 372. дои : 10.1007/978-3-540-29678-2_594. ISBN 978-3-540-23735-8.
  2. ^ Орисаола, Герман; Даль, Эмма; Лаурила, Ансси (2012). «Обратимость пластичности, вызванной хищниками, и ее эффект в точке переключения жизненного цикла». Ойкос . 121 (1): 44–52. дои : 10.1111/j.1600-0706.2011.19050.x. ISSN  0030-1299.
  3. ^ Тинберген, Нико (1951). Исследование инстинкта (1-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-501371-9.
  4. ^ Шеттлворт, Сара (2010). Познание, эволюция и поведение (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-531984-2.
  5. ^ Вест-Эбберхард, MJ (2003). Пластичность развития и эволюция . Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780195122350.
  6. ^ abcde Snell-Rood, EC (2013). «Обзор эволюционных причин и последствий поведенческой пластичности». Поведение животных . 85 (5): 1004. doi :10.1016/j.anbehav.2012.12.031. S2CID  53188749.
  7. ^ abcd Stamps, Джуди А. (2016). «Индивидуальные различия в поведенческой пластичности». Биологические обзоры . 91 (2): 534–567. дои : 10.1111/brv.12186. ISSN  1464-7931. PMID  25865135. S2CID  10433665.
  8. ^ Мери, Ф; Бернс, Дж. (май 2010 г.). «Поведенческая пластичность: взаимодействие эволюции и опыта». Эволюционная экология . 24 (3): 571–583. doi : 10.1007/s10682-009-9336-y. S2CID  45562817.
  9. ^ Эндрю, NR (2013). «Могут ли насекомые умеренного климата переносить жару? Тематическое исследование физиологических и поведенческих реакций обычного муравья Iridomyrmex purpureus (Formicidae) на потенциальное изменение климата». Журнал физиологии насекомых . 59 (9): 870–880. doi :10.1016/j.jinsphys.2013.06.003. ПМИД  23806604.
  10. ^ Чжоу, Ю (2008). «Варианты нормы реакции самцов призывной песни в популяциях Achroia grisella (Lepidoptera: Pyralidae): к разрешению парадокса лек». Эволюция . 62 (6): 1317–1334. дои : 10.1111/j.1558-5646.2008.00371.x . PMID  18346222. S2CID  17499218.
  11. ^ Эмран, Би Джей (2011). «Личинки данио теряют зрение ночью». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (13): 6034–6039. дои : 10.1073/pnas.0914718107 . ПМЦ 2851871 . ПМИД  20224035. 
  12. ^ Родригес, Рафаэль (2013). «Эволюция и эволюционные последствия социальной пластичности в предпочтениях партнера». Поведение животных . 85 (5): 1041–1047. дои :10.1016/j.anbehav.2013.01.006. S2CID  44163248.